專利名稱：內燃機的燃料噴射裝置以及燃料噴射控制方法
技術領域：
本發明涉及一種內燃機的燃料噴射裝置以及燃料噴射控制方法。
背景技術：
在現有技術的用于燃料噴射的系統中，在內燃機的氣缸1動作循環中，從具有被電磁驅動的燃料噴射閥的燃料噴射裝置對燃燒室進行多次燃料噴射(多級噴射)來實施燃料供給。例如，在專利文獻1中，公開了用于主轉矩(torque)產生的主噴射、用于轉矩增強的預噴射、和具有排氣處理的后噴射的多級噴射控制。進一步地，檢查是否至少滿足一個設定條件，在不滿足條件的情況下，依照分配給多級噴射的優先度來減少多級噴射次數，備齊燃料噴射的使用條件來實現可靠性高的多級噴射。專利文獻1 JP特開2003-201900號公報
發明內容
但是，在對于多級噴射的需求年年增大的另一面，由于有成本的制約，在燃料噴射裝置中使用的控制電路的增強也會因成本的制約而產生界限。為此，在避免電路構成的成本上升的同時要確保所要求的多級噴射次數，此外，還需要得到與現狀相同的噴射特性。本發明的課題正是在于實現這樣一種燃料噴射裝置及其控制方法，即使燃料噴射所需的設定條件或參數的電平(level)降低，也能夠基本滿足多級噴射次數的要求，或者逐漸減少多級噴射的次數，使之具有簡潔的構成。本發明是一種內燃機的燃料噴射裝置，具有燃料噴射閥，其被電磁驅動，向內燃機的燃燒室中多級噴射燃料；發動機控制單元，其控制該燃料噴射閥的驅動；以及電池 (battery)，該內燃機的燃料噴射裝置的特征在于，在所述發動機控制單元中，具有升壓電路，其對所述電池電壓進行升壓來生成升壓電壓；升壓電壓驅動器，其利用所述升壓電壓來控制所述燃料噴射閥的開閥時間Pi ；驅動器集成電路(即驅動器IC)，其驅動所述升壓電路以及升壓電壓驅動器；以及控制機構，其當所述升壓電路的升壓電壓降低到所設定的通常電壓以下時，經由所述驅動器IC來對所述升壓電壓驅動器發送延長所述開閥時間Pi的指示信號。另外，本發明是一種內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，該內燃機的燃料噴射裝置具有燃料噴射閥，其被電磁驅動，向內燃機的燃燒室中多級噴射燃料；發動機控制單元，其控制該燃料噴射閥的驅動；以及電池，該內燃機的燃料噴射裝置的控制方法的特征在于，對通過發動機控制單元升壓電池電壓后的升壓電壓進行監測，當升壓電壓降低到所設定的通常電壓以下時，延長所述燃料噴射閥的開閥時間Pi來確保燃料噴射閥的動作所需要的驅動電流。根據本發明，在具有被電磁驅動且對內燃機的燃燒室多級噴射燃料的燃料噴射閥、控制該燃料噴射閥的驅動的發動機控制單元、以及電池的內燃機的燃料噴射裝置之中，在所述發動機控制單元中，具有升壓電路，其對所述電池電壓進行升壓來生成升壓電壓； 升壓電壓驅動器，其利用所述升壓電壓來控制所述燃料噴射閥的開閥時間Pi ；驅動器IC， 其驅動所述升壓電路以及升壓電壓驅動器；以及控制機構，其當所述升壓電路的升壓電壓降低到所設定的通常電壓以下時，經由所述驅動器IC來對所述升壓電壓驅動器發送延長所述開閥時間Pi的指示信號。根據這樣的構成，即使是在升壓電壓降低的情況下，也針對所要求的噴射次數進行可執行的最大次數的噴射，從而能夠提供一種可靠性高的燃料噴射裝置。
圖1是表示燃料噴射裝置的概要的模式圖。
圖2是表示實施例1的發動機控制單元的框圖。
圖3是表示實施例1的線圈負載的驅動波形的波形圖。
圖4是表示實施例1的升壓電壓、燃料噴射電流的波形圖。
圖5是表示實施例1的控制方法的流程圖。
圖6是表示實施例1或2的開閥時間決定方法的模式圖。
圖7是表示實施例1或2的其他的開閥時間決定方法的模式圖。
(符號的說明)
1 發動機
5 燃料噴射閥
9 ECU (發動機控制單元)
27燃料噴射控制電路
41電池
42輸入輸出端口
43電源IC (電源集成電路)
44微型計算機(microcomputer)
45:A/D變換器(模/數變換器)
47驅動器IC (驅動器集成電路)
48驅動器驅動部
50升壓電路驅動部
51升壓電路
52a:升壓電壓驅動器
52b 電池電壓驅動器
54線圈負載
具體實施例方式以下，針對各實施例，基于附圖詳細說明本發明的實施方式。[實施例1](1)內燃機系統的構成首先，利用圖1，關于搭載有實施例1的燃料噴射控制電路的內燃機系統的構成進行說明。在發動機1中具備活塞2、吸氣閥3和排氣閥4。8是冷卻水的水溫傳感器。吸氣是通過空氣流量計(AFM) 20來進入節流閥19，并由作為分歧部的集氣器(collector) 15經由吸氣管10、吸氣閥3來供給到發動機1的燃燒室21。燃料由低壓燃料泵M從燃料箱23向內燃機供給，再由高壓燃料泵25對燃料噴射提高到所需要的壓力。由高壓燃料泵25升壓的燃料從具有電磁線圈的燃料噴射閥5噴射供給到發動機1的燃燒室21，并由點火塞6以及點火線圈7進行點火。燃料的壓力由燃料壓力傳感器26進行計測。燃燒后的廢氣經由排氣閥4排出到排氣管11。在排氣管11中具備用于廢氣凈化的三元催化劑12。將發動機1的曲柄(crank)角度傳感器16的信號、AFM20的空氣量信號、檢測廢氣中的氧濃度的氧傳感器13的信號、加速器(accelerator)開度傳感器22的加速器開度信號、以及燃料壓力傳感器26等的信號輸入到內置于發動機控制單元(以下，ECU) 9的燃料噴射控制電路27。ECU9根據加速器開度傳感器22的加速器開度信號來計算到發動機1的要求轉矩， 并且，進行空轉(idle)狀態的判定等。在ECU9中具備有根據曲柄角度傳感器16的信號來運算發動機轉數的未圖示的轉數檢測機構。另外，ECU9計算發動機1所需要的吸入空氣量， 并將與此相平衡的開度信號輸出到節流閥19。燃料噴射控制電路27計算與吸入空氣量對應的燃料量，輸出燃料噴射閥5進行燃料噴射用的驅動電流，并將點火信號輸出到點火塞6以及點火線圈7。在排氣管11與集氣器15之間由EGR(廢氣再循環)通路18連接，在EGR通路18 的途中具備有EGR閥14。EGR閥14的開度由E⑶9控制，排氣管11中的廢氣回流到吸氣管 10來進行再燃燒。(2) E⑶和燃料噴射控制電路圖2是表示E⑶9的框圖。燃料噴射控制電路27內置于E⑶9中，由驅動器IC47、 升壓電路51、上部驅動器52和下部驅動器53構成。來自電池41的電池電壓供給到E⑶9，供給到電源IC43。另外，供給到燃料噴射控制電路27的驅動器IC47、燃料噴射裝置驅動用的升壓電路51、上部驅動器52等。電壓從電源IC43供給到作為控制機構的微型計算機44、驅動器IC47等。燃料噴射控制電路27的驅動器IC47具有與微型計算機44之間的通信部49、升壓電路驅動部50以及驅動器驅動部48，其中，將開關(switching)信號從升壓電路驅動部50 發送到升壓電路51，并將由升壓電路51升壓的電壓供給到上部驅動器52。另外，由升壓電路51升壓的電壓，由驅動器IC47的升壓電路驅動部50被反饋，驅動器IC47據此判斷是否再發送開關信號。另外，由升壓電路51升壓的電壓由微型計算機44的A/D變換器45被反饋，微型計算機44能夠以A/D值為基礎，由通信部46對驅動器IC47發送信號。微型計算機44還能夠經由A/D變換器45，輸入、監測除了升壓電壓以外的來自燃壓傳感器或溫度傳感器等的信號。除此之外，微型計算機44還具有驅動外部負載，或監測來自外部的信號的輸入輸出端口 42。燃料噴射控制電路27的上部驅動器52具有由升壓電路51的升壓電壓來驅動線圈負載M的升壓電壓驅動器52a、以及由來自電池41的電池電壓來驅動線圈負載M的電池電壓驅動器52b。上部驅動器52通過驅動器IC47的驅動器驅動部48的驅動信號A以及驅動信號B來將電流供給到具有電磁線圈的燃料噴射閥等的線圈負載54。驅動信號A由升壓電壓來觸發升壓電壓驅動器52a，驅動信號B由電池電壓來觸發電池電壓驅動器52b。另外，下部驅動器53由驅動器驅動部48的驅動信號C來使來自線圈負載M的電流流入接地電位。上部驅動器52和下部驅動器53之中的至少其中一個具有利用了分流電阻等的電流檢測部以及端子電壓檢測部，其檢測流過驅動器以及線圈負載M的電流值來進行反饋的驅動器驅動控制。另外，通過這些功能，能夠進行到驅動器的過電流或端子的短路(天絡)、接地故障的檢測。在此，在實施例1中，升壓電路51、上部驅動器52、下部驅動器53與驅動器IC47 單獨設置，但也可以將它們設置在驅動器IC47的內部。即，可以以驅動器或者預驅動器的身份來使用驅動器IC47。(3)驅動波形圖3是表示從驅動器驅動部48輸出的驅動波形與流入線圈負載M的電流之間的關系的波形圖。由微型計算機44輸出作為決定開閥時間的脈沖信號的Pi脈沖和決定噴射時間的Ti脈沖。開閥時間Pi以及噴射時間Ti各自按照線圈負載的特性進行設置，通常為常數。Ti通常設定得比Pi長。被輸入Pi脈沖、Ti脈沖的驅動器IC47的驅動器驅動部48在接收到Pi脈沖、Ti 脈沖之后不久，使驅動信號A、B、C為有效(ON)并發送到上部驅動器52、下部驅動器53，從而開始各驅動器的驅動(狀態61)。通常，由于升壓電壓設定得比電池電壓高的電路是由升壓電壓驅動，故即使不使驅動信號B進行驅動，電路也會起動。直到達到所設定的峰值電流值Ipeak(開閥電流1)為止都持續此狀態，從而使電流增加(狀態62)，并在達到Ipeak之后立刻使驅動信號A為無效來由電池電壓占空(duty) 驅動驅動信號B(狀態63)。其后，驅動驅動信號B以保持所設定的H10Idl (開閥電流2) (狀態64)。直到到達開閥時間Pi為止都保持這種狀態，并在到達開閥時間Pi之后立刻減少驅動信號B的占空比以保持設定的Bod2(噴射電流)(狀態65)。直到時間到達Ti為止都保持這種狀態(狀態66)，并在時間到達噴射時間Ti之后不久，使驅動信號B為無效(OFF)來結束驅動(狀態67)。在上述中，即使在狀態64、狀態 65中不使用驅動信號B，而使驅動信號A延長來進行占空驅動，也能夠得到同樣的結果。在圖3的升壓電壓(Vboost)以及電池電壓(VB)的電壓波形中，當使驅動信號A 為有效來使用升壓電壓時，升壓電壓會降低(狀態62)。升壓電壓能夠由升壓電路驅動部 50進行監測。當在電流達到Ipeak之后(狀態6 使驅動信號A為無效時，使升壓電壓上升直到恢復到設定值為止，并在達到設定值之后保持設定值。在Hioldl、Πκ)1(12下的驅動也由升壓電壓進行的情況下，由于在此狀態下也使用升壓電壓，故升壓電壓會進一步降低。關于電池電壓，由于電池的電流容量大，故電壓的降低程度小，且降低后的復原時間短到能夠忽略的程度，因此，在圖中顯示為常數。(4)開閥時間Pi的延長圖4的波形圖表示了由實施例1的升壓電路51生成的升壓電壓與流過線圈負載 54的電流之間的關系。如圖3的說明，通常動作時表示圖4上部的虛線圖那樣的變化。
線圈負載M主要通過流過Ipeak電流、Boldl電流、Bold2電流來進行驅動。 Ipeak電流和H10Idl電流用于燃料噴射閥5的開閥動作，Πκ)1(12用于開閥保持，并在圖3 說明的構成中，將電流供給到線圈負載M以成為各自設定的電流值。在此，開閥時間Pi、噴射時間Ti的長度能夠由微型計算機44控制。升壓電壓若對線圈負載M供給電流，則會降低。升壓電壓由升壓電路驅動部50 被反饋，將開關信號輸出到升壓電路51，來重新開始升壓動作。若停止升壓電壓的使用，則電壓會上升，若恢復到設定狀態的電壓V0，則升壓電路驅動部50監測升壓電壓，并停止到升壓電路51的開關信號。若升壓電壓到下一次噴射之前恢復到設定值V0，則當到了下一次噴射時，也能夠進行同樣的噴射。但是，在多級噴射等的一次動作循環中噴射次數增加的情況下，要考慮到下一次噴射時之前升壓電壓不能恢復到通常電壓VO的可能性。如圖4中央的實線圖所示，在因升壓電壓的恢復來不及從而在噴射開始時的升壓電壓比設定值VO低的情況下(狀態72)，電流的起動能力會降低，驅動電流波形的斜率會鈍化(狀態73)。若電流波形的斜率鈍化，則開閥會推遲，在到達Ipeak之前會先到達開閥時間Pi。在這種情況下，不能相對于開閥時間 Pi得到足夠大的Ipeak電流和Bold電流，從而開閥特性會變差。在本發明中，在成為這種狀態的情況下，通過延長開閥時間Pi，從而能夠得到足夠大的Ipeak電流和Boldl電流。這樣，即使是在升壓電壓的恢復前進行下一次噴射的情況下，也能夠進行所要求的噴射。進一步地，在這樣的多級噴射狀態長時間持續的狀態下，升壓電壓會進一步降低 (狀態74)，噴射成為困難的狀態。使此時的閾值為VI，并使其為設定值。在因進一步的升壓恢復推遲而造成噴射開始時的升壓電壓比Vl更小的情況下，由微型計算機44實施多級噴射次數的降低或者中止。通過這樣的控制，升壓電壓能夠恢復到Vl以上或者V0。(控制方法)圖5是表示圖4的內容的流程圖。在噴射前進行升壓電壓的測定(狀態81)，并確認升壓電壓是否為與圖4的通常電壓VO相同的電平(狀態82)。若為相同的電平，則不改變開閥時間Pi的設定而以所要求的噴射次數來進行噴射(狀態83)。而在升壓電壓不處于與VO相同電平的情況下，確認此升壓電壓是否比設定閾值 Vl大(狀態84)。在此，若升壓電壓比Vl大，則延長開閥時間Pi，執行基于所要求的噴射次數的噴射(狀態85)。雖然關于如何使開閥時間Pi延長的方法是自由的，但為了確保一定的燃料噴射閥驅動能量，進行設定以使得Pi時間期間的電流波形所圍住的部分的面積(圖4的71)始終保持不變是有效的。另外，由于驅動電流波形的斜率與升壓電壓降低成正比地鈍化，故可以延長Pi時間使得與噴射前監測的升壓電壓成反比(例Pi — VO/VboostXPi)。進一步地，還可以列舉以下的方法等通過用現實中的車輛進行匹配來對各自的升壓電壓設定所延長的開閥時間Pi。所延長的開閥時間Pi的設定值，可以作為數學關系式存儲在微型計算機44中，也可以將對于在噴射前監測到的升壓電壓的表格預先存儲到微型計算機44中。進一步地，在噴射前監測到的升壓電壓下降，變得比閾值Vl小的情況下，不實施所要求的噴射次數，而階段性地重新設置更低的噴射次數(狀態86)。例如，在所要求的噴射次數為N次的情況下，若為Vl以下，則設置N-I次，在小于更低的閾值V2的情況下，設置 N-2次等，可以設定多個相當于Vl的閾值。[實施例2]本發明的目的是即使是在升壓電壓降低的情況下，也進行盡可能多的噴射。為此，將多級噴射劃分成第一次的噴射和其后的噴射來進行控制也是有效的。即，第一次的噴射與升壓電壓無關，且至少進行1次開閥時間Pi的延長來實施。另一方面，關于第一次以后的噴射，在噴射即將開始之前，進行圖5的流程圖那樣的升壓電壓監測來進行控制。艮口， 第二次以后的噴射能夠實施這樣的控制方法在升壓電壓為從Vl到VO之間的情況下(VI < Vboost < VO)，通過開閥時間Pi的延長來進行噴射，在Vl以下的情況下，中止噴射。由此，具有以下效果不管電壓條件怎樣，都能夠確保至少1次的噴射。圖6表示了在實施例1或者2中，通過存儲在微型計算機44內部的表格或者數學關系式來對已測定的升壓電壓決定開閥時間的構成。要決定圖4的電流波形，升壓電壓監測值是主要的，但在計算開閥時間時，除了升壓電壓以外，還可以追加燃壓、噴射間隔、溫度等與燃料噴射有關的參數來創建表格或者數學關系式。例如，若以燃壓為例，在測定升壓電壓后(狀態91)，通過微型計算機44的A/D變換器45等監測出的燃壓值，根據在低燃壓時、中燃壓時、高燃壓時的升壓電壓Vboost與開閥時間Pi之間的關系來計算開閥時間Pi (狀態92)，并決定開閥時間Pi (狀態93)。此時， 升壓電壓的測定和燃壓的測定的順序可以任意。除了燃壓以外，通過監測溫度或噴射間隔等，也能夠進行同樣的控制，在這些對燃料噴射裝置的驅動有影響的參數之中，利用1個或者多個參數來進行控制。圖7是表示在實施例1或者2中，通過存儲在微型計算機44內部的表格或者數學關系式，相對于由已測定的升壓電壓決定的噴射次數來決定開閥時間的模式圖。在監測出升壓電壓之后(狀態101)，進行多級噴射次數的削減(狀態10幻。以已決定的噴射次數為參數，根據與此次數對應的升壓電壓VbOOSt與開閥時間Pi之間的關系來計算開閥時間 Pi (狀態103)，并決定開閥時間Pi (狀態104)，從而能夠實施。
權利要求
1.一種內燃機的燃料噴射裝置，具有燃料噴射閥，其被電磁驅動，向內燃機的燃燒室中多級噴射燃料；發動機控制單元，其控制該燃料噴射閥的驅動；和電池，該內燃機的燃料噴射裝置的特征在于，在所述發動機控制單元中，具有升壓電路，其對所述電池電壓進行升壓來生成升壓電壓；升壓電壓驅動器，其利用所述升壓電壓來控制進行所述燃料噴射閥的開閥動作的開閥時間(Pi)；驅動IC，其驅動所述升壓電路以及升壓電壓驅動器；和控制機構，其當所述升壓電路的升壓電壓降低到所設定的通常電壓(VO)以下時，經由所述驅動IC來對所述升壓電壓驅動器發送延長所述開閥時間(Pi)的指示信號。
2.如權利要求1所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，在所述發動機控制單元中還具有電池電壓驅動器，該電池電壓驅動器通過所述電池電壓來控制所述燃料噴射閥。
3.如權利要求1或2所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述控制機構具有所設定的閾值(VI)，該閾值按照當升壓電壓進一步降低時，發送使所述燃料噴射閥的多級噴射次數減少或者使多級噴射停止的控制信號的方式設定。
4.如權利要求1 3中任意一項所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述控制機構與所述燃料噴射閥的開閥時間(Pi)同時被起動，并將與保持所述燃料噴射閥的開閥狀態的噴射時間(Ti)有關的指示信號經由所述驅動器IC發送到所述升壓電壓驅動器。
5.如權利要求4所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于， 所述控制機構具有微型計算機。
6.如權利要求1所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于，所述發動機控制單元具備燃料噴射控制電路，該燃料噴射控制電路具有所述升壓電路、升壓電壓驅動器以及驅動器IC。
7.如權利要求1 6中任意一項所述的內燃機的燃料噴射裝置，其特征在于， 所述驅動器IC，具有升壓電路驅動部，其驅動所述升壓電路；和驅動器驅動部，其驅動所述升壓電壓驅動器或者所述電池電壓驅動器。
8.一種內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，該內燃機的燃料噴射裝置具有 燃料噴射閥，其被電磁驅動，向內燃機的燃燒室中多級噴射燃料；發動機控制單元，其控制該燃料噴射閥的驅動；和電池，該內燃機的燃料噴射裝置的控制方法的特征在于， 對通過發動機控制單元升壓電池電壓后的升壓電壓進行監測， 當升壓電壓降低到所設定的通常電壓(VO)以下時，延長所述燃料噴射閥的開閥時間 (Pi)來確保燃料噴射閥的動作所需要的驅動電流。
9.如權利要求8所述的內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，其特征在于，當升壓電壓降低到所設定的通常電壓(VO)以下時，延長所述燃料噴射閥的開閥時間 (Pi)來進行第一次的噴射，第二次以后的噴射使所述燃料噴射閥的多級噴射次數減少或者使多級噴射中止。
10.如權利要求8或9所述的內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，其特征在于，當升壓電壓從所設定的通常電壓降低時，設定使所述燃料噴射閥的多級噴射次數減少或者使多級噴射中止的升壓電壓閾值(VI)。
11.如權利要求10所述的內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，其特征在于，當使所述燃料噴射閥的多級噴射次數減少或者使多級噴射中止時，使所述升壓電壓閾值(VI)變化。
12.如權利要求8或9所述的內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，其特征在于， 在燃料噴射閥的燃料噴射即將進行之前，設定用于監測所述升壓電壓的定時。
13.如權利要求8或9所述的內燃機的燃料噴射裝置的控制方法，其特征在于，除了監測升壓電壓，還監測內燃機的燃壓、燃料噴射閥的噴射間隔、以及內燃機的溫度之中的至少其中一個，并按照該監測值來使所述燃料噴射閥的開閥時間(Pi)變化。
全文摘要
本發明提供一種內燃機的燃料噴射裝置以及燃料噴射控制方法。監測燃料噴射即將開始之前的升壓電壓，根據其監測值來使開閥時間變動。即使在升壓電壓降低的情況下，也不減少所要求的噴射次數來進行燃料噴射。這樣，在內燃機的燃料噴射裝置中，即使是在升壓電壓降低的情況下，也能夠在得到所要求的噴射以及噴射次數的可靠性的狀態下進行噴射。
文檔編號F02M51/06GK102192030SQ20111004709
公開日2011年9月21日 申請日期2011年2月24日 優先權日2010年3月9日
發明者豐原正裕, 岡本多加志, 安部元幸, 小此木淳史, 黛拓也 申請人:日立汽車系統株式會社